GSB-L1型立式高速泵常見故障分析及處理

李 杰

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

0 引 言

呼倫貝爾金新化工有限公司(簡稱金新化工)500 kt/a合成氨、800 kt/a尿素項(xiàng)目配套1套荷蘭殼牌下行激冷流程的粉煤加壓氣化裝置(1臺Shell氣化爐)，采用N2/CO2輸送煤粉，氣化壓力為4.0 MPa，其主要生產(chǎn)單元包括預(yù)干燥單元、磨煤與干燥單元、煤粉加壓輸送單元、煤氣化與合成氣激冷單元、除渣單元、濕洗單元、灰水處理單元、公用工程單元等；其中，灰水處理單元(U1700)及公用工程單元(U3X00)設(shè)有4臺小流量高揚(yáng)程GSB-L1型立式高速泵(P1702A/B、P3303A/B)。這4臺立式高速泵自2016年6月投運(yùn)以來，頻繁出現(xiàn)振動大、主/輔油泵打壓低、噴油嘴堵塞、機(jī)械密封泄漏、誘導(dǎo)輪沖蝕等問題，嚴(yán)重制約著Shell氣化裝置的長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，采取一系列有針對性的優(yōu)化改進(jìn)及運(yùn)行維護(hù)措施后，收到了較好的效果。以下對有關(guān)情況作一簡介。

1 GSB-L1型立式高速泵概況

1.1 GSB-L1型立式高速泵主要技術(shù)參數(shù)

金新化工Shell氣化裝置配套的4臺GSB-L1型立式高速泵，分別為2臺高壓循環(huán)水泵(P1702A/B)、2臺高壓工藝水泵(P3303A/B)。P1702A/B的主要作用是為氣化爐排渣罐(V1403)進(jìn)行充壓；P3303A/B的主要作用是將工藝水加壓后送往高壓工藝水管網(wǎng)，主要用作開工燒嘴冷卻水、破渣機(jī)機(jī)械密封水及各單元高壓儀表沖洗水、高壓機(jī)泵機(jī)械密封水等。4臺GSB-L1型立式高速泵的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 4臺GSB-L1型立式高速泵主要技術(shù)參數(shù)

1.2 GSB-L1型立式高速泵主要構(gòu)件

GSB-L1型立式高速泵為采用《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵》(ANSI/API 610—2004)制造的單級單吸部分流式離心泵(OH6型)，由電機(jī)、齒輪增速箱(二級增速)、泵及其附件組成，其中，低速軸與中速軸采用滾動軸承，高速軸采用滑動軸承，泵葉輪采用半開式，入口設(shè)置誘導(dǎo)輪，其結(jié)構(gòu)示意如圖1。

圖1 GSB-L1型立式高速泵結(jié)構(gòu)示意圖

GSB-L1型立式高速泵增速箱潤滑系統(tǒng)主要由增速箱油池、主/輔油泵、油冷卻器、油過濾器、預(yù)潤滑輔助系統(tǒng)及配套管件組成。主油泵為定排量擺線齒輪型油泵，由增速箱低速軸直接驅(qū)動；輔油泵為齒輪泵，采用電力驅(qū)動，獨(dú)立設(shè)置；啟動主電機(jī)前，先啟動預(yù)潤滑系統(tǒng)，預(yù)潤滑系統(tǒng)由輔油泵、單向閥及管線組成，其作用是在啟動主電機(jī)前對增速箱內(nèi)的軸承和齒輪進(jìn)行預(yù)潤滑，若油壓≥0.14 MPa就可啟動主電機(jī)，從而避免啟動時可能引起的軸承及軸組件損壞，主電機(jī)啟動后預(yù)潤滑系統(tǒng)自動切換并停用。

2 GSB-L1型立式高速泵常見故障分析及處理

2.1 高壓工藝水泵振動大原因分析及處理

高壓工藝水泵(P3303A/B)自安裝投運(yùn)以來，其增速箱振動一直偏大，箱體上部橫向振動(振值)超過6.6 mm/s，增速箱垂直方向振動(振值)超過10 mm/s，以上振值遠(yuǎn)超ANSI/API 610—2004相關(guān)條款要求，該泵無振動監(jiān)測，后經(jīng)專業(yè)人員到現(xiàn)場用專用儀器進(jìn)行在線診斷，振動以1X倍頻為主?？紤]到P3303A/B自安裝投運(yùn)以來振動一直居高不下，檢查高速軸跳動及對中正常，初步排除轉(zhuǎn)子彎曲及對中不良，而不平衡是最常見的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障，其主要表現(xiàn)就是1X振動過大，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和箱體大幅振動，1X不平衡力通過系統(tǒng)的動力學(xué)剛度起作用，而振值與設(shè)備動力學(xué)剛度成反比，動力學(xué)剛度偏低會引起1X振動增大。另外，P3303A/B增速箱為鋁合金材質(zhì)，箱體質(zhì)量較輕，增速箱上部采用4根寬度為50 mm、厚度為8 mm的互為獨(dú)立的扁鋼拉條固定，拉條在箱體上的連接直接采用螺栓固定，接觸面小，且應(yīng)力較為集中，調(diào)整不當(dāng)即會造成增速箱箱體受力不均，影響增速箱軸承的支撐剛度，一旦支撐剛度下降，振動就會加劇。

處理措施：2018年7月，利用裝置停車大修機(jī)會將P3303A/B返廠拆檢，并重新對增速箱高速軸、中速軸及低速軸進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，重新裝配；另外，在增速箱上部增設(shè)固定圓盤和拉桿，固定圓盤采用螺栓與增速箱固定后形成一體式結(jié)構(gòu)，再通過高強(qiáng)度可調(diào)節(jié)拉桿螺栓與基座相連，減小應(yīng)力集中的同時大大增強(qiáng)增速箱外殼結(jié)構(gòu)的剛度。改進(jìn)后，P3303A/B振動大問題得以消除，其箱體上部橫向振動(振值)、增速箱垂直方向振動(振值)均降至3 mm/s以內(nèi)。

2.2 主油泵打壓低原因分析及處理

2019年9月，高壓循環(huán)水泵(P1702A)啟動時頻繁跳車，經(jīng)仔細(xì)排查，原因是P1702A啟動瞬間主油泵打壓不足0.10 MPa，低于0.14 MPa的設(shè)定聯(lián)鎖跳車值，啟動后隨即聯(lián)鎖跳車以保護(hù)設(shè)備。排查油路及油系統(tǒng)單向閥，未見異常；解體檢查主油泵，未見磨損；進(jìn)一步檢查中箱體后發(fā)現(xiàn)，中箱體進(jìn)/排油口密封面有較為嚴(yán)重的磨損。經(jīng)分析，認(rèn)為其原因在于，中箱體上設(shè)有主油泵進(jìn)/排油口，主油泵在低速軸和彈簧的固定下，其分油盤與中箱體處貼合形成密封，原設(shè)計(jì)分油盤可以旋轉(zhuǎn)180°，分油盤靠中箱體密封面上的定位銷進(jìn)行定位，保證泵進(jìn)/排油口可以切換，以確保泵在反轉(zhuǎn)情況下主油泵可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但由于P1702A/B為間歇性向系統(tǒng)供水，設(shè)備啟/停較為頻繁，且中箱體進(jìn)/排油口密封面采用鋁合金材質(zhì)、主油泵分油盤采用不銹鋼材質(zhì)，分油盤材質(zhì)硬度較中箱體密封面硬度大，久而久之，中箱體密封面出現(xiàn)磨損，P1702A/B啟動后，主油泵內(nèi)漏較大，整個油系統(tǒng)形不成背壓，導(dǎo)致測點(diǎn)油壓偏低而觸發(fā)聯(lián)鎖停車保護(hù)。

處理措施：更換受損的中箱體進(jìn)/排油口密封面，解決主油泵分油盤與中箱體配合面密封不嚴(yán)的問題，2020年9月后主油泵分油盤處增設(shè)止動墊，2022年3月后主油泵分油盤結(jié)構(gòu)改為不可旋轉(zhuǎn)式，主油泵打壓低問題得到徹底解決。

2.3 輔油泵打壓低原因分析及處理

2020年9月高壓循環(huán)水泵(P1702A)在更換增速箱總成后出現(xiàn)輔油泵打壓低情況，測點(diǎn)壓力約為0.032 MPa，低于0.14 MPa的聯(lián)鎖跳車設(shè)定值，不滿足泵啟動條件。檢查現(xiàn)場管路，處理跑、冒、滴、漏，并進(jìn)行排氣檢查后，問題未得到消除；解體檢查輔油泵，未見異常；對潤滑油流程及主油泵油路進(jìn)行分析，判斷為主油泵分油盤未在工作位置所致——主油泵正常工作時，在主軸旋轉(zhuǎn)下主油泵分油盤與中箱體進(jìn)/排油口重合，一旦主油泵分油盤卡在中間位置，會導(dǎo)致油系統(tǒng)進(jìn)油通道和回油通道短路，主油泵啟動后，油大部分經(jīng)過主油泵短路通道回到增速箱油池，造成系統(tǒng)沒有背壓，其他幾個軸承潤滑點(diǎn)缺少潤滑，油壓低于設(shè)定聯(lián)鎖跳車值，導(dǎo)致輔油泵無法正常啟動。拆檢發(fā)現(xiàn)，主油泵分油盤的確不在正常工作位置，印證了上述判斷。

處理措施：在主油泵分油盤處增設(shè)弧形止動墊片將分油盤固定(增設(shè)止動墊片后，連接泵聯(lián)軸器前保證泵旋向正確)，通過限制分配盤的旋轉(zhuǎn)減少分油盤與中箱體進(jìn)/回油口的來回摩擦，分油盤不在工作位置而致輔油泵不打量的問題得到徹底解決，保證了主油泵的運(yùn)行穩(wěn)定性；2022年3月以后，在采購主油泵備件時，其分油盤直接改為了不可旋轉(zhuǎn)式。

2.4 噴油嘴堵塞問題原因分析及處理

2021年初，高壓循環(huán)水泵(P1702A)運(yùn)行時突發(fā)主油泵油壓不足導(dǎo)致輔油泵啟動，輔油泵運(yùn)行后短時間內(nèi)油壓又持續(xù)偏低，進(jìn)而導(dǎo)致P1702A出現(xiàn)異響并伴有振動大的情況。拆檢發(fā)現(xiàn)，增速箱低速軸上部軸承散架，低速軸和中速軸齒輪存在打齒情況。分析認(rèn)為，增速箱低速軸、中速軸的滾動軸承全部靠噴油嘴噴油潤滑，噴油嘴孔徑約0.5 mm，一旦潤滑油被污染，過濾器不能有效過濾雜質(zhì)，會導(dǎo)致噴油嘴堵塞，油路堵塞會引發(fā)軸承潤滑不好，嚴(yán)重時會導(dǎo)致軸承損壞，進(jìn)而影響齒輪嚙合，低速軸與中速軸高速旋轉(zhuǎn)下發(fā)生齒輪打齒事故。

處理措施及后續(xù)保養(yǎng)措施：清理噴油嘴及整個油系統(tǒng)，更換低速軸與中速軸總成，更換油濾芯等；油系統(tǒng)油濾芯更換頻次由原來的累計(jì)運(yùn)行6個月調(diào)整為累計(jì)運(yùn)行3個月，增速箱大修周期由原計(jì)劃的2 a調(diào)整為1 a，通過縮短設(shè)備大修周期及時解體增速箱清理油池及相關(guān)油路，同步清洗噴油嘴，消除運(yùn)行隱患。

2.5 機(jī)械密封頻繁泄漏原因分析及處理

4臺GSB-L1型立式高速泵自投運(yùn)以來機(jī)械密封頻繁出現(xiàn)泄漏(潤滑油)的情況，經(jīng)多次拆檢，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致機(jī)械密封損壞的主要原因如下。

(1)潤滑油油質(zhì)較差。高速泵計(jì)劃性檢修周期長，油濾器濾芯更換頻率低，久而久之油系統(tǒng)產(chǎn)生油垢，一旦油垢進(jìn)入機(jī)械密封處，易造成動/靜環(huán)異常磨損，縮短機(jī)械密封的使用壽命。

(2)安裝質(zhì)量欠佳。GSB-L1型立式高速泵機(jī)械密封密封O型圈較多，不熟悉或安裝中稍有不慎便會出現(xiàn)遺漏或錯誤：其一，機(jī)械密封動環(huán)與高速軸軸肩處容易誤裝O型圈，導(dǎo)致O型圈受壓變形，碎渣落入機(jī)械密封靜環(huán)座中影響彈簧的壓縮，一旦彈簧受力不平衡易導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏；其二，機(jī)械密封靜環(huán)座與箱體間的O型圈容易漏裝；其三，機(jī)械密封壓縮量控制不好。

(3)機(jī)械密封部件結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了變化。GSB-L1型立式高速泵油封原采用60C型機(jī)械密封，2019年7月后設(shè)備廠家將其改為60C(Y)型機(jī)械密封，其與60C型機(jī)械密封最大的區(qū)別是密封面加寬了，同時配套加寬了的動環(huán)，對于常用機(jī)械密封而言，相同工況下密封面窄更有利于散熱，尤其是高速旋轉(zhuǎn)場合，因此本改進(jìn)型的寬密封面機(jī)械密封并不適合現(xiàn)有工況。

處理措施：2020年7月系統(tǒng)大檢修期間，將4臺GSB-L1型立式高速泵油封改用靜環(huán)稍窄的機(jī)械密封，即恢復(fù)使用60C型機(jī)械密封，此后再未出現(xiàn)過機(jī)械密封頻繁泄漏的情況。

2.6 誘導(dǎo)輪沖蝕原因分析及處理

4臺GSB-L1型立式高速泵運(yùn)行參數(shù)較為苛刻(小流量高揚(yáng)程)，運(yùn)行中容易出現(xiàn)一定的汽蝕現(xiàn)象，尤其是高壓工藝水泵(P3303A/B)，其誘導(dǎo)輪頻繁出現(xiàn)沖蝕，平均使用壽命僅有2個月左右，且高壓循環(huán)水泵(P1702A/B)誘導(dǎo)輪平均使用壽命也只有3個月左右?？紤]到誘導(dǎo)輪為定型系列產(chǎn)品，據(jù)實(shí)際工況選擇合適的型號即可，其材質(zhì)一般為316和316L(材質(zhì)大都是為了滿足耐腐蝕等要求，對泵抗汽蝕性能沒有明顯的影響)。鑒于誘導(dǎo)輪沖蝕主要與泵的汽蝕有很大關(guān)系，主要通過工藝調(diào)節(jié)盡量予以控制。

處理措施：工藝操作方面，保障泵入口罐的高液位，盡量降低泵入口介質(zhì)溫度，以提高泵的有效汽蝕余量；設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方面，定期進(jìn)行計(jì)劃性檢查，及時更換誘導(dǎo)輪，消除隱患，避免誘導(dǎo)輪損壞嚴(yán)重后與泵體摩擦而造成密封泄漏等。

3 結(jié)束語

通過對GSB-L1型立式高速泵常見故障進(jìn)行分析，找到了癥結(jié)所在，采取有針對性的改進(jìn)措施并加強(qiáng)設(shè)備檢修質(zhì)量把控，同時加強(qiáng)日常計(jì)劃檢修工作，并在日常生產(chǎn)中對設(shè)備操作過程加以優(yōu)化與規(guī)范，盡量避免泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，金新化工4臺GSB-L1型立式高速泵故障頻發(fā)的問題得以有效解決，目前設(shè)備整體運(yùn)行較為穩(wěn)定，助力了Shell氣化裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。